Original paper

Herkunft und Ablagerungsmilieu der manganreichen ordovizischen Gesteine des Venn-Stavelot Massivs, Ardennen

[Origin and Depositional Environment of the Manganese Rich Ordovician Rocks in the Venn-Stavelot Massif, Ardennes]

Kramm, Ulrich

Kurzfassung

Die pelitischen Gesteine des Salm 2 (Unteres Ordovizium) sind am Südrand des Venn-Stavelot-Massivs durch deutlich erhöhte Gehalte an Mn, Fe und Al charakterisiert. Auch die Spurenelemente Sr und Ba, in grober Näherung mit dem Fe3+ -Gehalt korreliert, treten in überdurchschnittlich hohen Konzentrationen auf. Zn, Ni und Co sind schwach angereichert gegenüber den Gehalten von Durchschnittstonschiefern, die Cu-Gehalte entsprechen in den meisten Fällen diesem Durchschnitt. CaO und FeO hingegen sind deutlich abgereichert. Mangan wurde wahrscheinlich in divalenter Form mit den Sedimenten abgelagert. Hinweise hierauf liefert zum einen die sedimentäre bis frühdiagenetische Bildung der Coticule-Gesteine (im metamorphen Zustand Spessartinquarzite), zum anderen der Ba-, Ni- und Cu-Gehalt der Schiefer, der nicht mit dem Mn-Gehalt korreliert werden kann. Eine Ausnahme bildet eine viridin- und braunitführende Schichteinheit, in der Mn in zwei- und dreiwertiger Form vorliegt. Die erhöhten Spurenelementgehalte in diesem Gestein verweisen auf eine Ablagerung des Mangans als Oxid oder Oxidhydrat. Innerhalb der Salm 2-Sedimentfolge zeigen Mn und Fe in erster Näherung eine einmalige Variation. Ausgehend von durchschnittlichen Konzentrationen in den liegenden Sedimenten steigen die Gehalte im unteren Salm 2 stark an und gleichen sich dann zum Hangenden hin wieder Durchschnittswerten für Tonschiefer an. Das Oxidationsverhältnis der Gesteine zeigt einen ähnlichen Verlauf und weist damit auf ein zeitweise stark oxidierendes Milieu im Ablagerungsraum des Salm 2 hin. Die primäre mineralische Zusammensetzung der Sedimente, die neben Fe-Oxiden oder Oxidhydraten auch Al-reiche, alkaliarme Tonminerale umfaßte, weist ebenso wie die laminare Wechsellagerung von hämatitreichen und hämatitarmen Schichten im Mikrobereich und die Spurenelementgeochemie auf eine vulkanische Beeinflussung des Ablagerungsmilieus und eine vulkanogene Herkunft wenigstens eines Teils der Sedimente hin. In Analogie zu rezenten Ablagerungen in der Umgebung von vulkanischen Exhalationszentren wird ein Modell des Salm 2-Sedimentationsmilieus entworfen. Der Ablagerungsraum am Südrand des Venn-Stavelot-Massivs wird hiernach zu Beginn des Salm 2 zunehmend von vulkanogenen Prozessen beeinflußt. Auf dem Höhepunkt der vulkanischen Aktivität werden subaerische Tuffe abgelagert. Danach reduziert sich die Exhalationsaureole um die Zentren der vulkanischen Tätigkeit wieder.

Abstract

Along the southern border of the Venn-Stavelot Massif pelitic rocks of Salmian 2 age (Lower Ordovician) are characterized by strong enrichments of Mn, Fe and Al. The trace elements Sr and Ba, which are roughly correlated with the Fe3+ -contents of the schists, are remarkably enriched, too, and even the contents of Zn, Ni and Co are slightly higher than known from average shales. Cu is present in average concentrations. The components CaO and FeO are depleted. The sedimentary to early diagenetic formation of coticule starting material (after metamorphism a spessartine quartzite) as well as the missing correlation of Mn with the trace elements Ba, Ni or Cu, which usually are strongly enriched in Mn-oxides oroxidhydrates, may indicate a general deposition of manganese in its divalent state. Metamorphic viridine- and braunite-bearing schists, which now contain Mn in its di- and trivalent form and which may have been composed primarly of a Mn-oxide-bearing assemblage, are observed only at one locality. The high trace element contents of these rocks support the assumption of Mn-oxide as a primary phase here. Within the Sedimentation sequence of Salm 2 the concentrations of Mn and Fe describe a large cycle. Starting with average contents in the underlying Sediments these elements are strongly enriched in the lower part of Salmian 2. Approaching the hanging walls the contents normalize slowly. The oxidation radio of the temporally. The primary mineralogic composition of the Sediments, which includes Fe-oxides or -oxidhydrates and Al-rich clay minerals poor in alkalies, as well as the laminated stratification of hematite-rich and hematite-poor layers and the geochemistry of selected trace elements may be interpreted as effects of volcanic activities, which influenced the depositional environs in the investigated area and provided at least in part the deposited material. Assuming the Salm 2-rocks to be related to Sediments deposited around recent submarin volcano-exhalative centres the Sedimentation along the southern border of the Venn-Stavelot Massif can be described as being increasingly integrated into volcanic activities during the early Salmian 2 period. At the maximum of the activity subaeric tuffs have been deposited. In the following stages the exhalative aureole around the volcanic centres decreased.

Keywords

Tremadoc (Salmian)slatephylliteconcentrationMnFeAltrace-element analysisSrBasedimentary genesisearly diagenesismicrofaciesvolcano-sedimentary genesisvolcanic tuff Belgium (Venn-Stavelot Massif)Rhenish Massif (Venn)